import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Stack;

public  class Sort {
    public static void swap(int[] array, int x, int y) {
        int tmp = array[x];
        array[x] = array[y];
        array[y] = tmp;
    }

    /*直接插入排序的特性总结：
    1. 元素集合越接近有序，直接插入排序算法的时间效率越高
    2. 时间复杂度：O(N^2)
    3. 空间复杂度：O(1)，它是一种稳定的排序算法
    4. 稳定性：稳定*/
    public static void insetSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /*希尔排序的特性总结：
    1. 希尔排序是对直接插入排序的优化。
    2. 当gap > 1时都是预排序，目的是让数组更接近于有序。当gap == 1时，数组已经接近有序的了，这样就会很
      快。这样整体而言，可以达到优化的效果。我们实现后可以进行性能测试的对比。
    3. 希尔排序的时间复杂度不好计算，因为gap的取值方法很多，导致很难去计算，因此在好些树中给出的希尔排
      序的时间复杂度都不固定。
    4. 稳定性：不稳定*/
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap = gap / 3 +1;
            shell(array, gap);
        }
    }

    public static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /*直接选择排序的特性总结:
     1. 直接选择排序思考非常好理解，但是效率不是很好。实际中很少使用
     2. 时间复杂度：O(N^2)
     3. 空间复杂度：O(1)
     4. 稳定性：不稳定*/
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            int mindIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[mindIndex]) {
                    mindIndex = j;
                }
            }
            swap(array,i,mindIndex);
        }
    }

    /*【冒泡排序的特性总结】
     1. 冒泡排序是一种非常容易理解的排序
     2. 时间复杂度：O(N^2)
     3. 空间复杂度：O(1)
     4. 稳定性：稳定*/
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = array.length - 1; i > 0; i--) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (flg = false) {
                break;
            }
        }
    }

    /*快速排序总结:
     1. 快速排序整体的综合性能和使用场景都是比较好的，所以才敢叫快速排序
     2. 时间复杂度：O(N*logN)
     3. 空间复杂度：O(logN)
     4. 稳定性：不稳定*/
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }

    public static void quick(int[] array, int left, int right) {
        if (left >= right){
            return;
        }
        int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                swap(array,left,left);
            }else if(array[mid] > array[right]) {
                swap(array,right,left);
            }else {
                swap(array,mid,left);
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                swap(array,left,left);
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                swap(array,right,left);
            }else {
                swap(array,mid,left);
            }
        }
        //挖坑法：
            int tmp = array[left];
            int i = left;
            int j = right;
            while (i < j) {
                while (i < j && array[j] >= tmp) {
                    j--;
                }
                    array[i] = array[j];
                while (i < j && array[i] <= tmp) {
                    i++;
                }
                    array[j] = array[i];
            }
            array[i] = tmp;
            quick(array, left, i-1);
            quick(array, i + 1, right);

        //Hoare版:
        /*int tmp = array[left];
        int tmpLeft = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,left,tmpLeft);*/
    }
    public static void quickNor(int[] array,int left,int right){
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int tmp = array[left];
        int i = left;
        int j = right;
        while (i < j){
            while (i < j && array[j] >= tmp ){
                j--;
            }array[i] = array[j];
            while (i < j && array[i] <= tmp){
                i++;
            }array[j] = array[i];
        }array[i] = tmp;
        if (i > left+1){
            stack.push(left);
            stack.push(i-1);
        }
        if (i < right-1) {
            stack.push(i + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()){
            int end = stack.pop();
            int start = stack.pop();
            int tmp2 = array[start];
            int a = start;
            int b = end;
            while (a < b){
                while (a < b && array[b] >= tmp2 ){
                    b--;
                }array[a] = array[b];
                while (a < b && array[a] <= tmp2){
                    a++;
                }array[b] = array[a];
            }array[a] = tmp2;
            if (a > start+1){
                stack.push(start);
                stack.push(a-1);
            }
            if (b < end-1){
                stack.push(a+1);
                stack.push(end);
            }

        }
    }

    /*归并排序总结:
     1. 归并的缺点在于需要O(N)的空间复杂度，归并排序的思考更多的是解决在磁盘中的外排序问题。
     2. 时间复杂度：O(N*logN)
     3. 空间复杂度：O(N)
     4. 稳定性：稳定*/
    public static void mergerSort(int[] array){
        mergerTmp(array,0,array.length-1);
    }
    public static void mergerTmp(int[] array,int left,int right){
        if (left >= right){
            return;
        }
        int mid = (left + right)/2;
        mergerTmp(array,left,mid);
        mergerTmp(array,mid+1,right);
        merger(array,left,mid,right);

    }
    public static void merger(int[]array,int left, int mid,int right){
        int[] tmp = new int[right-left+1];
        int k = 0;
        int s1 = left;
        int s2 = mid+1;
        while(s1 <= mid && s2 <= right){
            if (array[s1] <= array[s2]){
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else{
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while(s1 <= mid){
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= right){
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[left+i] = tmp[i];
        }
    }

    public static void mergerSortNor(int[]array){
        int gap = 1;
        while (gap < array.length){
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + gap*2 ) {
                int left = i;
                int mid = i+gap-1;
                if (mid >= array.length-1){
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid+gap;
                if (right >= array.length-1){
                    right = array.length-1;
                }
                merger(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /*【计数排序的特性总结】
    1. 计数排序在数据范围集中时，效率很高，但是适用范围及场景有限。
    2. 时间复杂度：O(MAX(N,范围))
    3. 空间复杂度：O(范围)
    4. 稳定性：稳定*/
    public static void countSort(int[] array){
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (array[i] < min){
                min = array[i];
            }
            if (array[i] > max){
                max = array[i];
            }
        }
        int[] tmp = new int[max-min+1];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            tmp[index-min]++;
        }
        int i = 0;
        int j = 0;
        while(j < tmp.length){
            if (tmp[j] != 0){
                array[i++] = min+j;
                tmp[j]--;
            }else{
                j++;
            }
            if (i == array.length){
                break;
            }
        }
    }

}
